浅析工业机器人的技术哲学精选

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1、2011年秋季学期研究生课程考核（读书报告、研究报告）考核科目:科学技术哲学学生所在院（系）:机电工程学院学生所在学科:机械设计及理论学生姓名:席宝时学号:09S008223学生类别:定向考核结果阅卷人-41-浅谈工业机器人中的技术哲学摘要：本文以吴伟国教授设计的点焊机器人为例，结合自身对点焊机器人的理解，阐述和分析了点焊机器人技术的技术认识、技术结构、技术方法，并详细说明了吴伟国教授是如何设计点焊机器人的，同时讨论了点焊机器人的技术伦理。关键字：点焊机器人、技术结构、技术方法、机器人技术社会观一、工业机器人背景与技术认识1920年捷

2、克作家卡雷尔·查培克在其剧本《罗萨姆的万能机器人》中最早使用机器人一词，剧中机器人“Robot”这个词的本意是苦力，即剧作家笔下的一个具有人的外表，特征和功能的机器，是一种人造的劳力。它是最早的点焊机器人设想。自1954年美国人乔治·德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人以来，随着机器人技术的不断发展，机器人应用领域也不断扩展，如海洋开发、宇宙探测、采掘、服务、娱乐等都有机器人活跃的身影。工业机器人是机器人工程中发展相对成熟的分支，目前工业机器人被广泛应用到流水生产线上，代替人来从事焊接、喷涂、搬运等繁重的工作，大大提高了生产效率，对

3、工业的发展起到了巨大的推动作用。点焊机器人就是工业机器人中的典型产品，其控制原理是可编程的示教再现，应用领域是汽车工业。一般装配每台汽车车体大约需要完成3000—4000个焊点，而其中的60％以上是由机器人完成的。汽车工业引入工业机器人已取得了下述明显效益：改善多品种生产的柔性；提高焊接质量：提高生产率；把工人从恶劣的作业环境中解放出来。我们要设计制作出一台点焊机器人，需要怎样的技术认识呢？根据技术认识规律，首先要了解技术活动的目的，以及要满足技术目的其构成要素及其体系结构。技术本质反映了人对自然的能动关系，其三要素包括：材料、动力、

4、控制[1]。点焊机器人应用于汽车的自动装备流水线，应满足以下要求：安装面积小，工作空间大（适用于多点焊接），快速完成小节距的多点定位(例如每0.3～0.4s移动30~50mm节距后定位)；定位精度高，以确保焊接质量；-41-持重大，以便携带内装变压器的焊钳。根据要求，材料应选择高强度不锈钢作为机械本体，以满足结构紧凑的要求；动力应选用电力系统，以满足快速响应的要求；控制则选用交流伺服电机，以满足定位精度高的需要[2]。分析完点焊机器人的构成要素后，我们接下来要分析它的体系结构，它到底应该有那几个方面构成。一般的点焊机器人系统主要由三个

5、系统组成：（1）、通过各关节相连的连杆组成的机械臂；（2）测量机械臂和速度，加速度的测量装置；（3）、对测量数据进行处理并按一定规则给出控制作用的控制器[3]。具体点焊机器人体系结构图如下图1-1所示图1-1点焊机器人体系结构二、工业机器人的技术创造技术创造的任务是通过概略设计、技术设计到工程图设计的从抽象到具体的发展阶段，把创造构思得到的设想或方案具体化，拟定出具体的可供实施的技术方案。技术创造是技术活动的微观创造阶段。这是技术研究中最关键、最富于创造性的阶段。参照吴伟国教授的构思与设计点焊机器人过程，对点焊机器人技术创造过程分析如

6、下：-41-机器人本体设计：（1）本体结构设计。为了适应灵活动作的工作要求，通常点焊机器人选用关节式点焊机器人的基本设计，机械结构为仿人手臂形，具有六个自由度：腰转、大臂转、小臂转、腕转、腕摆及腕捻。其动力驱动方式为电气驱动。（2）末端执行器轨迹创成：可根据机器人作业要求，得出末端执行器轨迹函数f[X(t),Y(t),Z(t),α(t),β(t),γ(t)],求出其随时间变化机器人各运动构件位移、速度、加速度，并且在此基础上求出它们的最大值。（3）运动学仿真分析：建立机器人各杆件的连杆坐标系，利用运动学仿真软件，确定杆件操作空间范围。

7、（4）动力学分析：根据各个杆件的重量和惯量，计算各关节的驱动力矩及其最大值。（5）结构的详细设计：根据各种传动机构的性能，参照相关标准，选择有关机械零部件及参数，确定机器人各器件尺寸，完成该点焊机器人的总体设计。（6）设计结果输出：输出所设计点焊机器人的总装配图，零件图[4]。机器人控制系统设计：控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行结构发出指令信号，使机器人按预想的轨迹行动。其设计步骤为（1）分析任务、确定总体控制方案：控制装备包括PLC、PC、单片机等，其中PLC适合的控制对象是：点焊环境较差，而对安全性、可靠性要求较高。较为适

8、合做点焊机器人的控制器。（2）对PLC产品的选择及二次开发：根据设备要求和价格选择合适的PLC产品，并对接线端子上进行I/O地址的分配。（3）系统设计。系统设计包括硬件系统设计和软件系统设计。硬件系统设计包括PLC以及外